本文易科智控科技（北京）有限公司《天津大学生活热水系统改造》项目为例，说明多能互补的优势，供大家赏析学习。该项目在“节能杯”第五届空气源热泵系统设计大赛中荣获“空气源热泵多能互补 应用奖”。
建筑物概况和用途简介
天津大学共有2个校区，卫津路校区和北洋园校区。本次改造对象主要是学生宿舍楼生活热水系统。改造范围是北洋园校区37栋宿舍楼，卫津路校区35栋宿舍楼。
设备配置概况和用途简介
根据宿舍楼建筑面积大小、学生人数多少配置不同台数的空气源热泵以及配套的热水循环泵、阀门、传感器等。
北洋园校区：空气源热泵台，储热水箱及电伴热系统在原有基础上增加5套，循环泵90台。
卫津路校区：已改造4个宿舍楼，空气源热泵10台，储热水箱4个，电伴热系统4套，循环泵16台。另有6个宿舍楼在设计中。
甲方要求
生活热水改造：
改造前，北洋园校区37栋宿舍楼生活热水供应采用太阳能全玻璃真空管集热器加电辅热系统结合的形式，生活热水水箱中有电加热管，用于太阳能或电锅炉制热能力不足时使用。卫津路校区宿舍楼改造前没有集中生活热水系统。
改造前的太阳能集热系统由于运行爆管率较高，运行维护工作量大，进而导致电辅热运行时间加长，热水系统能耗更多来自于电辅热，导致宿舍楼生活热水系统能耗较高；同时，生活热水系统不能保证学生24小时热水需求。
能源管控平台：
为进一步建设节能低碳型绿色校园，提高学校能源管理信息化水平，针对上述生活热水系统运营管理中存在的尚需改进完善的地方，提出对该系统进行系统型改造，建设系统管控平台，完善系统综合运营管理。
通过此次改造，须满足绿色节能的总体要求，满足舒适稳定的供应要求，满足高效管理的运行要求。
设计方案
项目总体技术原则
1.热水系统改造原则
满足节能绿色的总体要求
通过改造，进一步保障既有太阳能系统的稳定运行，提高太阳能系统利用率，充分发挥太阳能资源节能绿色的特性；针对辅助热源的设置，通过热泵机组，充分发挥电力能源的高品质特性，实现同等能源消耗下的高产出、高回报。
满足舒适稳定的供应要求
针对改造前存在的热水系统的需求情况，在实现既有系统有效利用的同时，保证学生用水的24小时稳定供应，更高标准的保障学生生活的舒适性要求。
满足高效管理的运行要求
针对改造前生活热水系统“相对集中，整体分散”的特点，充分发挥软件及控制系统的自动化高效管理作用，保障系统稳定运行的同时，降低用户运营的管理成本，实现系统的自动化、集约化、低成本运行。
2.平台建设原则及性能
满足区域化管理的要求
系统的设计充分考虑校园区域化管理模式的应用，支持多组织、多地点在同一系统的应用。集中人力、物力、财力、管理等资源要素，进行统一配置，并在学校集中、统一配置资源要素。
1）实现集约化管理
多组织多站点管理模式实现多维度的统一管理。帮助建筑优化现有的能源管理流程，形成客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，减少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及时了解各区域的真实能耗情况和提出节能降耗的技术和管理措施，协助管理者制订对各区域、各建筑的能源管理措施和考核办法。
2）实现项目间的信息共享
通过能源管控系统，实现校园能耗数据的统一管理；支持校园内不同项目能耗的比较，形成项目间能耗量的评比机制。
3）用户体验
直观、便捷的设备项目能耗监测和管理方式，提高了信息获取和处理效率。
4）提高效率
内置标准管理模式使设备运行管理有依可循，提高工作效率；提升工作及时性，提高客户满意度。
5）节约资金
避免了能源浪费，有效减少了不必要的能耗支出；保证了设备的良好运行，节约了人力资源成本。
满足能源管理专业化的要求
1）全方位、系统化的能耗数据监测
通过智能表具的应用，实时监测用能设备的能耗情况，减轻工作人员逐个抄表的繁琐工作，降低由于工作失误带来的数据误差的可能性。
2）用能数据的深度挖掘
提供多维度的能源消耗及碳排放数据的监测，全面分析能耗数据，利用全面集成的互联互通操作和集中管理控制来保证建筑的运行品质、降低运行能耗、缩减人工成本、优化节能和环境保护，并提供可持续的用能策略与能源管理机制，维护更加舒适的场所。
3）面向设备能耗的报警机制
根据建筑设备运行管理方法，将报警信息分为实时报警和历史报警。能源管理平台和能耗计量方案的报警管理，主要针对计量设备的用能报警，当设备或区域能耗异常时，系统会进行报警。
4）定制化的能耗统计报表和能耗账单
定制化的能耗统计报表，支持根据项目具体情况，对能耗情况进行统计；支持能耗账单日报、月报和年报统计，从而协助用户进行能耗账单管理。
满足复杂数据标准化处理的要求
针对建筑信息具有数据量大、数据源分散、数据细节上的复杂性、对决策分析的有用性等特点，应用数据仓库技术对已有的大量的历史时态的建筑能耗监测数据进行建模、集成、整合，构建建筑能耗数据仓库，为各级决策人员提供全局的、直观的、易于进行数据比较和分析的能耗数据平台，从而为更准确地把握建筑能耗的具体特点和能耗管理上的决策提供支持。
建筑能源管理平台的数据存储将采集的建筑信息数据、运行参数、控制策略等信息数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上。数据库分为实时数据库、白癜风库，满足系统基本功能所需的全部数据，并适合所需的各种数据类型。
满足开放性和可扩展性的要求
系统作为一个数据共享平台，具有开放性。系统能够与其他数据库之间进行相互通信，并为其它数据库提供的数据的功能。为满足国家建设全国能耗监测系统的要求，系统的数据结构满足国家能源数据监管和传输的要求。
系统具备动态扩展能力。系统采用可扩展的系统服务架构，通过服务资源池和服务动态扩展框架。当系统规模逐步扩大时，通过简单的增加设备和调整软件部署即可达到扩容的目的。
满足远程优化/云服务的要求
在项目部署允许系统接入外网的情况下，系统支持远程优化/云服务管理模式。系统提供远程管理工具，可由经授权的操作人员通过Intranet对系统进行远程配置和维护，以及监视系统的运行状况。利用系统提供的异地管理功能，通过加密的Internet技术方案对建筑进行远程维护管理，可以减少成本开支，提高系统维护效率。
改造方案
热水系统工艺改造方案
1.北洋园校区
通过对北洋园校区既有生活热水系统太阳能集热系统的再利用，本次改造新增空气源热泵系统及控制系统。
2.卫津路校区
卫津路校区新建全套生活热水系统及控制系统，
生活热水系统自控优化解决方案
控制原则
1）保证各宿舍楼24小时生活热水供应；
2）优先使用太阳能供应生活热水；
3）太阳能产热不足情况下，启用空气源热泵保障生活热水供应；
4）在极端天气条件下，开启空气源热泵仍不能满足生活热水供应，开启辅助电加热保障生活热水供应；
5）生活热水控制策略以24小时为周期进行优化匹配。
生活热水系统管控平台
本控制系统负责对各个站点生活热水系统所包括的空气源热泵、水泵、温度、压力、液位、流量、电动蝶阀、辅助电加热器等设备实施现场监控。优化太阳能热水系统、空气源热水系统和电加热热水供应热水，在保证24小时生活热水的前提下优化系统运行费用。根据设备自身运行参数较多的特点，为对受控设备实行全面的监测、控制，本方案将原有控制系统与增加控制系统集成到ECOSmart专家系统上，并对室外气象参数进行监测，进行统一优化控制。
1.功能设计
按照功能划分，热水系统管控平台共包括：能耗监管、运行监测、报警管理、资产管理、运维管理及用户管理六大功能模块。
2.平台首页
①平台首页展示本热水项目总体情况：包括服务区域、用能总人数等基础信息；
②平台首页设区域电子地图，可总览所有接入热水站点整体情况，包括：
1）所有热水站点热水系统运行正常/故障状态显示；
2）所有热水站点用能数据汇总，包括总电耗、总水耗及供热水总量等数据；
③平台首页可点击显示各热水站点相关数据，包括：
1）基础数据：热水站点名称，建筑面积，用能人数，用户属性（男生/女生、学院、年级等）；
2）能耗数据：日/月/季度（可选择显示）的电耗、水耗及供热水量数据；
3）主要设备运行正常/故障状态；
能源管理平台整合方案
1.规划方案
建立完善的能源管理、实时能效分析体系不但可以使能源流向更加直观，保证用能安全，还可以提高运维人员工作效率，及时发现并解决用能过程中所存在的问题，提高能效管理水平，是开展节能优化工作的重中之重。因此，高校能源管理信息平台是建设智慧校园、绿色校园、平安校园的基础支撑，是实现更加科学高效的校园管理工作的重要组成部分。
天津大学现有能源管理平台已经进行了水、电、燃气数据的采集，并进行了一定程度的统计分析。我们将在此基础上进一步完善能源管理平台的核心管理功能，增加生活热水计量及计费系统；将能源管理与教学活动系统性整合；增加能效分析诊断功能等为高效能源管理提供科学有效的数据支撑。
2.功能设计
能源管理信息平台从校园能源管理战略出发，从总体把握能源使用情况、考核所管辖的区域和建筑的能效指标，指导区域和项目节能工作的角度，提供了如下功能：
1)能源总览：首页显示关键能源指标、能源数据等。显示接入项目数量、接入项目总面积、本年能源计划总数、本年累计总能源；逐月实际能源与计划能源统计图、当月能源定额与实际值统计；显示项目报警信息汇总，显示各建筑报警数量，可以按照区域分类、按照数量排名。支持校园各项目的地图总览功能，支持定制其他校园 能源排名：可实现按项目名称、建筑名称等关键字搜索相关项目的相关能源指标，包含总能源排名、单平米能源排名。总能源排名：可选月/月段，以列表的形式展示所有项目能源指标的统计信息，包括总能源计划、累计能源计划、实际能源、同比变化、实际与总计划差、实际与总计划比例、实际与累计计划差、实际与累计计划比例等。单平米能源排名：可选月/月段，以列表的形式展示所有项目能源指标的统计信息，包括累计平米能源、各项目2)平均值、国家约束值，国家引导值等。
3)能源分析：数据分析对比：可以对各项目分项能源进行不同时间尺度的能源曲线分析和报表分析及对比；可以切换项目、分项和时间。支持数据下载。
4)能源报警：能源异常报警：可以对各地分项能源超预算进行逐日、逐月、逐年报警；可以对分项能源使用不符合历史规律的情况进行诊断报警，包括增长或降低过比例过大、昼夜规律变化等，可以对各项目进行报警查询。
5)运行监测：运行监测主要从建筑设备及空间维度去分析建筑的运行参数、能源消耗。对于项目的重点用能系统和设备，平台提供设备的实时运行信息和白癜风的展示，全方位的监测和控制用能设备运行信息。
6)报警管理：平台提供了能源和运行异常报警问题管理应用程序。用户可以对各个子系统的报警信息进行分项浏览、确认、响应、清除等操作。
7)设备台账：设备台账帮助用户管理建筑设备的，以表格形式逐个录入设备信息；维保信息模块记录建筑内各类设备维保信息的人工输入口，用户可在维保信息主页面查询各类设备具体的维保记录。
8)报表管理：可自动生成能源占计划比例统计报表；月度能源管理通报；计划与实际能源统计表；支持分项目“电”、“水”、“天燃气”、“地源热泵”数据报表的在线生成。以“时间”及“项目或分项”生成二维数据表格等。
9)用户管理：支持对平台内容户的管理，以及不同权限角色的管理（增、删、改），是系统的用户管理兼顾规范性和灵活性。
实际使用效果
节能与环保
节能：太阳能热水系统通过吸收太阳能的热量不断产生热水储存于储热水箱提供免费的热水，由于太阳能不稳定性，导致阴雨天、多云天，太阳能热水系统不能稳定供应热水，这时，空气源热泵作为辅助热源，持续供应生活热水。极限天气，空气源热泵不足以提供足够热水时，再开启电加热系统。此种运行模式，实现了 限度的节能。
环保：太阳能本身无污染，开发利用太阳能也不会污染环境，属于清洁能源。空气源热泵技术采用“逆卡诺”原理，以少量电力驱动压缩机将空气中的低位热能转换成可以利用的高位热能，耗电量仅为普通电采暖的1/4左右，无可燃可爆气体，十分安全。无废水、废气、废渣排放，非常环保。
舒适性
常规太阳能热水系统易受气候的影响，在阴雨天或春秋季，太阳辐射能热量较少，较难满足热水量的需求，不能全天候使用。空气源热泵作为节能设备具有独特优势，它可以节省高品位电能，降低化石类能源的消耗，减少环境污染。
空气源热泵是以空气为热源，通过输入少量的高品位能源(电能)来实现低品位热能向高品位热能转移的热泵系统，空气源热泵仅消耗少量的电能可以将数倍低温热能通过压缩机的压缩变为高温热能。因此将热泵技术与太阳能热水系统有机地结合起来可弥补阴雨天太阳能的不足。因此，太阳能系统与空气源热泵结合保证了24小时热水的稳定供应。
用户评价
此次生活热水系统的整体节能改造，作为本系统的用户，从以下三个层面进行评价：
1、绿色节能：此次改造保障了既有太阳能系统的稳定运行，提高太阳能系统利用率，充分发挥太阳能资源绿色节能的特性。通过新增热泵机组作为辅助热源，充分发挥电力能源的高品质特性，实现同等能源消耗下的高产出、高回报。
2、稳定舒适：针对生活热水的需求现状，在实现既有系统有效利用的同时，保证学生水的24小时稳定供应，更高标准的保障学生生活的舒适性要求。
3、高效管理：针对目前生活热水系统“相对集中，整体分散”的特点，充分发挥软件及控制系统的自动化高效管理作用，保障系统稳定运行的同时，降低用户运营的管理成本，实现系统的自动化、集约化、低成本运行。（热泵在线）
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